不饱和锂卤类卡宾的偏位和线形新奇取代结构

类卡宾兼有亲电和亲核双重反应活性,有关它们的实验和理论研究一直倍受注意。利用从头算方法研究饱和类卡宾曾有不少报道,已发现它们当中有许多具有新奇的分子结构,如在 H_2CLiF 的最稳定构型中,碳上的所有取代原子都处于同一半球内;而 LiCCl_3的最稳构型中的锂原子则“误向”位于三个氯原子的顶端,可视为杂原子浆烷结构。本文利用从头     

THEORETICAL STUDIES ON CARBENES AND CARBENOIDS (Ⅳ) ——ISOMERIZATIONS AND DECOMPOSITIONS OF CARBENOIDS H_2C=CLiCl AND H_2CLiCl

The isomerizations and decompositions of carbenoids H_2C=CLiCl and H_2CLiCl have been studied by use of HF/STO-3G gradient method. Three equilibrium structures of H_2C=CLiCl were obtained, in which the linear structure has the lowest energy and the askew substituted structure was the next. It is found that the decomposition of H_2C=CLiCl undergoes a concerted FBW rearrangement and the inversion barrier of its askew substituted structure is 36 kJ/mol. For H_2CLiCl, the askew substituted structure, extending all valences of the carbon into a single hemisphere, is the lowest energy and its inversion barrier is 87 kJ/mol. The discussions on the factors concerned with the structural stabilities are given in this paper.     

二氟亚烷基卡宾与甲醛环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究单重态二氟亚烷基卡宾与甲醛发生的环加成反应机理,采用MP2/6-31G^*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量.结果表明,单重态二氟亚烷基卡宾与甲醛的环加成反应主要有两种反应通道,通道1中,两个反应物经a,b和c三条反应途径生成三元环构型的产物P1,其中途径c是主反应途径,该途径有两步组成:(Ⅰ)二氟亚烷基卡宾与甲醛生成了1个富能中间体(INT1c),是无势垒放热反应,放出能量为219.18kJ/mol;(Ⅱ)中间体(INT1c)异构化为产物二氟亚烷基环氧乙烷,其势垒为134.71kJ/mol.通道2的反应途径由三步组成:(Ⅰ)反应物首先生成了1个富能中间体(INT1b),为无势垒的放热反应,放出的能量142.77kJ/mol;(Ⅱ)中间体(INT1b)异构化成另一中间体(INT2),其势垒为22.31kJ/mol;(Ⅲ)中间体(INT2)异构化成四元环构型产物P2,其势垒为11.98kJ/mol.     

不饱和类卡宾H_2C=CLiF的密度泛函研究

采用量子化学中的密度泛函方法,在B3LYP/6-311G水平上全优化得到了不饱和类卡宾H2C=CLiF的平衡构型.结果表明,不饱和类卡宾H2C=CLiF只有2种平衡构型.对这2种平衡构型之间相互转化的过渡态进行计算,求得了转化势垒.根据计算得到的微观性质,采用统计热力学及过渡态理论,研究了2种平衡构型之间相互转化的热力学及动力学性质,进而讨论了2种平衡构型在不同温度下的稳定性问题.     

钐(II)类卡宾CH_3SmCH_2I与乙烯环丙烷化反应及溶剂化效应(THF)对反应途径影响的理论研究

用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属钐类卡宾与乙烯的环丙烷化反应的机理.对钐类卡宾试剂CH3SmCH2I和CH2CH2反应的反应物、中间体、过渡态和产物构型的全部结构几何参数进行了优化,并计算了THF溶液的溶剂化效应,用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法,对过渡态进行了验证.结果表明:CH3SmCH2I与CH2CH2环丙烷化反应按亚甲基转移机理(通道A)和卡宾金属化机理(通道B)都可以进行,与锂类卡宾的反应机理相同,通道A比通道B反应的势垒降低了14.65kJ/mol.溶剂化效应使通道B比通道A的反应势垒大幅度提高,更有利于反应沿通道A进行,而不利于通道B.     

类卡宾H2C=CLiF的构型及其异构化

本文用解析梯度和RHF/STO-3G方法研究了锂卤类卡宾H2C=CLiF势能面的主要特征, 得到了四种平衡构型及其异构化的过渡态构型. 平衡构型的能量按三元环构型、四元环构型、σ-配合物构型和p-配合物构型的顺序递增. 文中分析了各构型的特点, 给出了偶极矩、电荷分布和前线分子轨道, 并对该类卡宾的化学反应性质进行了讨论.     

亚甲基环丙烷卡宾的开环与1,2-氢迁移的从头算研究

用从头计算-解析梯度法研究了亚甲基环丙烷卡宾的重排反应。开环重排经Hückel型过渡态,在过渡态前后分别属2电子和4电子反应,取对旋和顺旋方式,遵从4n+2和4n规则。1,2氢重排经迁移氢进攻卡宾碳的空p轨道发生。用RHF/6-31-G^**∥STO-3G方法算得开环势垒为24kJ/mol。1,2氢重排不是开环的竞争反应,其势垒为118kJ/mol。与环丙烷卡宾比较,亚甲基取代未改变其开环反应的类型与机理,但增大开环反应活性。     

类硅烯的结构与反应性的理论研究——Ⅰ.类硅烯H_2SiLiCl的构型及其异构化

本文用RHF/3-21G解析梯度方法研究了类硅烯H_2SiLiCl的结构,得到了三个平衡构型和两个异构化的过渡态构型,并用6-21G基组估计了能量,对其化学性质也进行了评价。计算结果表明,H_2SiLiCl的三元环构型是最稳定的几何构型;而它的经典四面体构型是不存在的。文中分析了各构型的特点,给出了电荷分布和前线分子轨道。此外,与H_2SiLiF进行了比较。对聚硅烷反应机理作了初步探讨。     

钐(II)类卡宾CH3SmCH2I与乙烯环丙烷化反应及溶剂化效应的理论研究

用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属钐类卡宾与乙烯的环丙烷化反应的机理. 对钐类卡宾试剂CH₃SmCH₂I和CH₂CH₂反应的反应物、中间体、过渡态和产物构型的全部结构几何参数进行了优化, 并计算了THF溶液的溶剂化效应, 用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法, 对过渡态进行了验证. 结果表明: CH₃SmCH₂I与CH₂CH₂环丙烷化反应按亚甲基转移机理(通道A)和卡宾金属化机理(通道B)都可以进行, 与锂类卡宾的反应机理相同, 通道A比通道B反应的势垒降低了14.65 kJ/mol. 溶剂化效应使通道B比通道A的反应势垒大幅度提高, 更有利于反应沿通道A进行, 而不利于通道B.     

钐(II)类卡宾CH3SmCH2I与乙烯环丙烷化反应及溶剂化效应的理论研究

用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属钐类卡宾与乙烯的环丙烷化反应的机理. 对钐类卡宾试剂CH₃SmCH₂I和CH₂CH₂反应的反应物、中间体、过渡态和产物构型的全部结构几何参数进行了优化, 并计算了THF溶液的溶剂化效应, 用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法, 对过渡态进行了验证. 结果表明: CH₃SmCH₂I与CH₂CH₂环丙烷化反应按亚甲基转移机理(通道A)和卡宾金属化机理(通道B)都可以进行, 与锂类卡宾的反应机理相同, 通道A比通道B反应的势垒降低了14.65 kJ/mol. 溶剂化效应使通道B比通道A的反应势垒大幅度提高, 更有利于反应沿通道A进行, 而不利于通道B.     

亚烷基卡宾与亚烷基锂氟类卡宾化学键结构的量子拓扑研究

用ab initio(3-21G)方法对亚烷基卡宾H_2C—C的单线态及三线态结构进行了电子密度拓扑分析,说明了它们的亲电、亲核反应方向,讨论了亚烷基锂氟类卡宾H_2C—CLiF的4种构型,论证了该分子中不存在四元环结构、Li—C键以静电作用为主的特性,并预测了加成反应机理。     

从头计算法研究取代锂卡宾正离子的分子轨道和稳定化能

用从头计算法计算了各种取代的锂卡宾正离子XCHLi⁺(X=OH,NH₂,CH₂CH,NC,C₆H₅)相对于锂卡宾正离子CH₂Li⁺的稳定化能,并讨论了稳定化能和它们分子轨道的关系。具有π给予功能的取代基,在其共平面分子构型中,由于和卡宾碳和锂原子空轨道形成二电子多中心共轭分子轨道,因而具有最大的稳定作用。相反,在相应的正交构型中,稳定作用则较小。同时具有π给予和σ接受效应的取代基,π给予起主导作用。仅有σ接受功能的取代基,则有去稳定作用。考察它们的LUMO特点,发现它们具有较高的亲电反应性能。     

中心碳极性反转的酰基化试剂的理论研究Ⅱ: H~2C=C(OH)Na 的理论研究

用MP2/6-31+G^*解析梯度方法,研究乙酰基负离子等效物CH~2=C(OH)Na的结构,得到了四个平衡构型。偏位取代的三元环结构1最稳定,将是最易存在的结构。H~2C=C(OH)Na具有双重反应性,结构4是发生亲核反应的中间体,发生类卡宾反应时经过类似构型2的中间状态。同H~2C=C(OH)Li相比较,H~2C=C(OH)Na碳负离子反应将更突出,发生类卡宾反应则更加困难。     

中心碳极性反转的酰基化试剂的理论研究Ⅱ: H~2C=C(OH)Na 的理论研究

用MP2/6-31+G^*解析梯度方法,研究乙酰基负离子等效物CH~2=C(OH)Na的结构,得到了四个平衡构型。偏位取代的三元环结构1最稳定,将是最易存在的结构。H~2C=C(OH)Na具有双重反应性,结构4是发生亲核反应的中间体,发生类卡宾反应时经过类似构型2的中间状态。同H~2C=C(OH)Li相比较,H~2C=C(OH)Na碳负离子反应将更突出,发生类卡宾反应则更加困难。     

不饱和类卡宾H2C=CLiF的密度泛函研究

采用量子化学中的密度泛函方法,在B3LYP/6 311G水平上全优化得到了不饱和类卡宾H2C=CLiF的平衡构型.结果表明,不饱和类卡宾H2C=CLiF只有2种平衡构型.对这2种平衡构型之间相互转化的过渡态进行计算,求得了转化势垒.根据计算得到的微观性质,采用统计热力学及过渡态理论,研究了2种平衡构型之间相互转化的热力学及动力学性质,进而讨论了2种平衡构型在不同温度下的稳定性问题.     

类卡宾CH2ClLi和甲醛加成反应机理的从头算

以HF/6-31G*基组研究了类卡宾CH2ClLi和甲醛在四氢呋喃溶液中的加成反应机理.CH2ClLi和甲醛,首先生成一个初期络合物,并伴有明显放热.络合物经一个平面双环结构的过渡态到达产物,仅需要一个很小的活化能(14.6 kJ/mol).在这个羰基加成过程中,甲醛羰基碳的亲电进攻较类卡宾碳的亲核进攻表现得更加活跃.整个反应放热效应达216.5 kJ/mol.     

不饱和类卡宾H_2C=CLiF的结构及氢迁移反应的DFT研究

用量子化学中的密度泛函DFT方法,在B3LYP/6-311G~*水平上研究了不饱和类 卡宾H_2C=CLiF的结构。结果表明,只有1种平衡结构是稳定的。对稳定的平衡结构 ,找到了分子内氢迁移反应的过渡态,并计算了不同温度下不饱和类卡宾 H_2C=CLiF的平均寿命τ,在200 K时,τ = 7.9 d,在300 K仅为τ = 2.4 s。     

不饱和类卡宾H_2C=CLiF的结构及氢迁移反应的DFT研究

用量子化学中的密度泛函DFT方法，在B3LYP/6-311G~*水平上研究了不饱和类 卡宾H_2C=CLiF的结构。结果表明，只有1种平衡结构是稳定的。对稳定的平衡结构 ，找到了分子内氢迁移反应的过渡态，并计算了不同温度下不饱和类卡宾 H_2C=CLiF的平均寿命τ，在200 K时，τ = 7.9 d，在300 K仅为τ = 2.4 s。     

反应H_2C==C(OH)Li+CH_3~+(CH_3~-)的从头算研究

采用解析梯度方法在RHF/6_31 +G 水平上研究了CH2 C(OH)Li的可能构型及异构化反应 ,并在此基础上研究了它与CH+3 和CH-3 的反应 .类卡宾CH2 C(OH)Li与CH+3 反应时 ,首先将构型 1转化为构型 4,然后与CH+3 顺利反应 ,此反应过程中保持碳负离子中心的构型 .而与CH-3 反应时 ,构型 1因锂的协助首先断裂形成类似构型 2的紧密离子对 ,然后CH-3 从 -OH的反面进攻 ,将 -OH取代 ,此反应过程中中心碳构型发生反转 .分析表明 ,类卡宾的两可反应性与构型的相对稳定性有密切的关系 .     

溴代类卡宾H2CMBr(M=Na,K)的结构与稳定性

本文用RHF/3-21G^*解析梯度方法研究了溴代类卡宾H2CMBr(M=Na,K)势能面的主要特征, 得到了它们各自的三种平衡构型及两种异构化的过渡态构型, 并用二级微扰方法进行了能量的相关能校正, 计算了振动频率, 以确证平衡构型和过渡态。计算结果表明, 溴代类卡宾H2CMBr(M=N,K))的三元环构型是最稳定的几何构型, 其它的两种构型σ-配合物和p-配合物, 也是势能面上的极值点, 但能量相对较高, 不稳定。本文分析了各构型的特点, 对其化学反应特性进行了评估。